自主井冈霉素再创新

自主井冈霉素再创新 自主井冈霉素再创新 . ]UllC~2(K】 ? 90? 现代化工 (}(ierr~(;1wmic~lli11小istl~ 第29卷第6期 2009年6月 自主井冈霉素再创新催化其产业链式升级 2008年度国家科学技术奖励项目专报道(四) 郑裕国教授 井冈霉素是防治水稻纹枯病的必用农药.从20世纪70 年代研制成功至今,生物农药"井冈霉素"仍然是我国防治水 稻纹枯病的最好农药,年产量达几十万吨.浙江工业大学的 科研人员以我国自主开发的井冈霉素为原料,攻克了系列关 键难题,成功开发了高纯度井冈霉素生物催化生产井冈霉醇 胺的产业化技术,建成了国内外生产能力最大的新产品井冈 霉醇胺和高纯度井冈霉素生产线,实现了规模化生产,井冈霉 醇胺作为关键中间体用于生产新一代酶抑制剂类糖尿病治疗 药物,高纯度井冈霉素是生物农药新规格高端品种.此举打 破了国外技术和市场的垄断,产品出口国际市场,高纯度井冈 霉素国内外市场占有率第一,显着提升了国内生产厂家的国 际竞争力及在该领域的影响力.促进了井冈霉素产业的升 级.该项目由此获得2008年度国家技术发明二等奖,本刊记 者就该技术的关键和应用等问题对项目负责人郑裕国教授进 行了专访. 记者问:开发高纯度井冈霉素生物催化法生产高附加值 产品井冈霉醇胺生产新,可以拓宽井冈霉素新的用途,有 效降低糖苷酶抑制剂类糖尿病药物的生产成本,该项目创新 技术是在什么样的背景下发展起来的?需要解决哪些关键 技术? 郑裕国教授:井冈霉素是我国自主发明并大规模生产的 第一个生物农药.由于井冈霉素具有无毒,高效,安全,使用 方便,无抗药性,药效长,用量小等诸多优点,迅速成为防治水 稻纹枯病的首选农药. 分析井冈霉素A的结构,可以发现其包含多个氨基环醇 类化合物:井冈霉亚基胺A,井冈霉烯胺和井冈霉胺,可以先 利用一糖苷酶水解井冈霉素A中的p一糖苷键,得到井冈霉 亚基胺A,再利用c—N裂解酶裂解井冈霉亚基胺A中的 c—N键,得到产物井冈霉烯胺和井冈霉胺,它们在开发酶抑 制剂类的生物医药方面有重要应用,可以用来开发新一代糖 苷酶抑制剂类糖尿病治疗药物——伏格列波糖.然而,本项 目实施前,发酵效价不到10000mL.发酵液中含有井冈霉 素A,B,C,D,E,F,G,H等8种结构类似物,由于有效组分A 的比例小,提高其纯度难度非常大,长期以来,井冈霉素一直 以混合物形式的低纯度粗制品供应国内市场.有效组分A含 量低,纯度低.在其后的生产过程中,由于技术原因,发酵效 价和产品纯度一直得不到提高,导致根本无法满足下游产品 井冈霉醇胺开发的需要. 为此,开发高纯度井冈霉素生物催化生产井冈霉醇胺的 产业化生产技术,建立井冈霉醇胺和高纯度井冈霉素的生产 方法,开发新产品,打开国际市场,显得十分迫切和必要,可以 实现生物农药到生物医药的延伸,增强企业的竞争力,提升行 业的技术水平,对促进我国糖苷酶抑制剂类糖尿病药物的开 发和具有自主创新显着特色的生物农药骨干品种井冈霉素的 更大发展具有十分重要的意义. (1)生物催化法生产井冈霉醇胺的关键技术之一:获得高 纯度的井冈霉素作为生物催化底物.长期以来,由于井冈霉 素发酵单位和发酵液中A组分比例难以提高,使得分离的难 度大,收率低,能耗大和废水排放量大,导致井冈霉素一直以 粗制品供应国内市场.因此,高纯度井冈霉素的产业化生产 需要进行一系列的技术开发:?创建高通量微生物筛选技术, 获得井冈霉素高产菌种,有效降低发酵过程的原料和能源消 耗量;?建立井冈霉素发酵过程的调控技术,提高发酵液中井 冈霉素A组分含量和比例,减轻分离难度;?建立井冈霉素提 取分离新工艺,提高井冈霉素A的收率和产品质量,有效减少 分离过程的能耗和废水排放. (2)生物催化法生产井冈霉醇胺的关键技术之二:获得高 效裂解井冈霉素A的微生物菌株,创建生物催化,产物分离新 工艺.创建井冈霉素的生物催化水解裂解和井冈霉醇胺生产 的工艺新路线,获得符合制备糖尿病新一代治疗药物伏格列 波糖要求的关键中间体,高效裂解井冈霉素A微生物菌株的 筛选,生物催化,产物分离等方面的技术开发面临诸多创新性 2009年6月专题报道?91? 的技术挑战,需要进行一系列的技术创新,建立井冈霉素高产 菌和裂解菌的高通量筛选和育种技术和产物检测新方法,提 高微生物选育的速度,获得可以应用于大规模生产的新菌株; 从试验,中试到产业化试验,研究井冈霉醇胺和高纯度 井冈霉素新一代生产技术,建立微生物筛选育种,生物催化, 提取分离新工艺,实现井冈霉醇胺和高纯度井冈霉素的产业 化生产. 记者问:该项目技术成功解决了井冈霉醇胺和高纯度井 冈霉素大规模生产的技术瓶颈,都在哪些方面有所创新和 提高? 郑裕国教授:(1)课题组攻克了系列关键技术难题,创建 了酶抑制显色反应与产物快速检测相结合的井冈霉素裂解菌 高通量筛选技术,首次筛选到能够高效裂解井冈霉素的嗜麦 芽寡养单胞菌,粪产碱菌,荧光假单孢菌,产酸克雷伯菌等,已 保藏于中国典型培养物保藏中心.建立了工业微生物高效育 种技术,显着提高井冈霉素c__N裂解酶活力,选择性和稳定 性.(2)利用筛选得到的新菌株作为催化剂,建立了与菌种生 物学,催化特性相匹配的细胞培养与水解,裂解同步技术工 艺;流加补料细胞培养与水解,裂解同步技术工艺;多酶同步 催化技术工艺;解除了底物的抑制,显着提高了底物的转化率 和产物的浓度.(3)建立了高纯度井冈霉素裂解产物的分离 新技术.首次采用大孔树脂与强碱排斥层析树脂联用技术, 实现了相对分子质量只相差2,结构和性质非常相似的井冈 霉烯胺和井冈霉胺的分离,得到高纯度井冈霉烯胺和井冈霉 胺的产品,解决了分离难题,并实现了规模化生产,步骤少,收 率高.(4)根据井冈霉素生物活性作用原理,创建了酶抑制透 明圈平板高通量筛选模型,利用等离子一紫外一化学交叉菌种 选育技术,成功选育出性能稳定的高产菌株,井冈霉素A100t 罐发酵效价高达30OO0n1IJ以上,成为全球发酵单位最高 的农用抗生素,其发酵时空产率居所有抗生素之最.首次将 新型大孔吸附树脂和高浓度碱法再生技术应用于井冈霉素的 (上接第89页) [2o]AnQF,QianJW,ZhaoQ,eta/.Polyacrylonitrile—block—poly(methyl acrylate)membranes,2.Swellingbehaviorandpervaporationperfor— manceforseparatingbenzene/cyclohexane[J].JournalofMembrane Science,2008,313(1/2):60—67. [21]Wolinska-GrabczykA.Effectofthehardse~nentdomainsontheperme- ationandseparationabilityofthepolyurethane—basedmembranesin benzene/cyelohexaneseparationbypervaporation[J].JournalofMem- braheScience,20O6,282(1/2):225—236. [22]ZhaoQ,QianJ,AnQ,eta/.Smdi~onpervaporationcharacteristicsof polyacrylonitrile-b-poly(ethyleneglyco1)-b-polyacrylonitrileblock 提取分离上,井冈霉素的纯度和收率大幅度提高,A含量高达 6o%一90%,产品收率高达67%以上,能耗和废水排放量减少 20%以上. 记者问:该项目建成了国内外产业化规模和生产能力最 大的高技术新产品井冈霉醇胺和高纯度井冈霉素生产线,并 实现了规模化生产,对我国行业的发展和产品的出口起到什 么样的推动作用? 郑裕国教授:本项目产品质量优于国外同类产品,生产成 本为国内外最低.通过高纯度井冈霉素生物催化生产的井冈 霉醇胺具有很强的糖苷酶抑制活性,是合成新一代糖尿病治 疗药物的关键中间体,用于合成伏格列波糖.井冈霉醇胺产 业化技术的开发成功,可以促进糖尿病药物的快速发展,市场 前景十分广阔.高纯度井冈霉素为井冈霉素下游新产品开发 提供了原料,同时也形成了生物农药新规格高端产品,由于纯 度和质量的提高,使井冈霉素安全,无毒,高效,廉价,用量小, 无抗药性等诸多优点更加突出,在农业和植保中的应用领域 也进一步拓宽,使其除了用于防治水稻文枯病以外,还可以用 于防治小麦赤霉病,小麦白粉病,梨树黑星病,治番茄灰霉病, 油菜菌核病等,鱼类烂腮病,果树上的轮纹病等,蔬菜的根腐 病等,销量将会呈上升趋势.由于质量优于国外同类产品,成 本国内外最低,井冈霉醇胺和高纯度井冈霉素产品得到国内 外用户的好评,热销美国,西欧,南美和东南亚地区,高纯度井 冈霉素国内外市场占有率居第一,市场份额还在进一步扩大. 高纯度井冈霉素生物催化生产井冈霉醇胺的产业化技术 开发,不仅为酶抑制剂类生物医药中间体的生产提供了原料, 有效降低糖苷类抑制剂类糖尿病药物的价格,而且提高了井 冈霉素产品的质量,附加值,形成了井冈霉素生物农药的新规 格高端产品,出口国际市场,促使井冈霉素产业的升级,形成 了我国具有明显自主创新特色的民族品牌产品井冈霉素新的 增长点.未来几十年,民族品牌骨干产品井冈霉素经久不衰 的局面将会持久下去.(本刊记者:童志勇) eopolymermembranefordehydrationof~lleousacetonesolutions[J]. JournalofMembraneScience,2008,311(1/2):284—293. [23]芦艳,于水利,蔡报祥.高分子有机膜改性技术研究进展[J].现 代化工,2004,24($1):84—86. [24]FrabnJ,MalsehG,MatuschewskiH,eta/.Separationofaromatic/ aliphatichydrocarbonsbyphoto-modifiedpoly(acry1onitrile)membran~ [J].JournalofMembraneScience,2004,234(1/2):55—65. [25]KhayetM,NasefMM,MengualJI.Radiationgraftedpoly(ethylene terephthalate)?-graft--polystyrenepervaporationmembran~fororganic/ organicseparation[J].JournalofMembraneScience,2005,263(1/2): 77—95.?